SBS改性沥青混合料自愈合能力影响因素的优化

沥青这种有机胶凝材料,在一定的时间、温度条件下,其自身具有愈合能力,同理沥青混合料在一定的时间和温度条件下亦具有愈合特性,但其自愈合效果仅能在最佳环境条件下达到理想状态。为了研究沥青混合料的愈合影响因子,探索最佳愈合条件,提高路面养护过程中沥青混合料的自愈合能力,选取常用的沥青路面表面层SBS改性沥青混合料为研究对象,采用控制应变的小梁四点弯曲疲劳破坏-愈合-疲劳破坏试验,对沥青混合料破坏愈合前后的疲劳寿命进行了对比研究,同时采取了愈合后的疲劳寿命恢复百分率作为评价指标。采用多因素多水平正交试验,对不同愈合时间、愈合温度以及应变条件下沥青混合料的自愈合特性进行了系统研究。研究结果表明:对于SBS沥青混合料,愈合温度和愈合时间均与沥青混合料的疲劳寿命恢复率呈正相关,但愈合温度不能超过沥青胶结料的软化点,否则影响沥青混合料高温稳定性;而应变大小与疲劳寿命恢复率呈反比关系,随着应变的增大,沥青混合料的疲劳寿命恢复率减小;愈合温度对沥青混合料的自愈合效果影响最为显著,愈合时间影响次之,应变大小影响最小;对于SBS改性沥青混合料,其最佳愈合条件是温度60℃,愈合时间6 h,应变1 000με。因此,在路面养护过程中,较高温度和控制交通量及超荷载条件可有效提高沥青路面自愈合能力。     

SMA-13与AC-13路面老化低温力学性能对比研究

通过老化沥青混凝土SMA-13结构与AC-13结构三点弯曲试验,研究低温老化对SMA-13结构与AC-13结构的弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。试验结果表明:加载速率相同条件下,-30℃的试件破坏的弯拉强度和弯拉应变小于-10℃的试件的弯拉强度。在加载速率和温度条件相同时,未老化试件破坏的弯拉强度和弯拉应变大于老化后的试件。老化时间越长,高低温度之间的弯拉应变差别越大。在低温条件下,小梁试件的弯拉应变与老化之间有较好的指数变化规律。同时SMA-13与AC-13沥青混合料的弯曲劲度模量与老化之间也呈现良好的指数关系。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知在短期老化附近,SMA-13与AC-13沥青混合料具有最大的弯曲应变能。     

UHPC微裂纹在蒸汽环境中的快速愈合机制

为了在蒸汽环境中快速修复超高性能混凝土（UHPC）浇筑过程中产生的收缩裂纹和结构服役过程中产生的裂纹，加速UHPC结构刚度和抗渗性能的恢复，需要确定不同损伤程度的微裂纹在蒸汽环境中的快速愈合机制。因此，选取拉伸变形（应变为1 000×10^-6，1 500×10^-6，2 000×10^-6）作为损伤指标，将损伤开裂后的UHPC试件分别放置在蒸汽环境中1，3，5 d，研究微裂纹在蒸汽环境中的快速愈合机制。通过直接拉伸试验、气体渗透试验和声发射分析不同拉伸变形的UHPC试件在蒸汽环境中的自愈合行为。拉伸试验结果表明：放置在蒸汽环境中，预裂试件的弹性模量的恢复程度随着拉伸变形的增大而减小，但依然大于预裂至相同拉伸应变的未愈合试件（放置在室内环境中）的弹性模量。刚度恢复程度随着放置在蒸汽环境时间的增长而增大，但愈合到一定程度后，延长放置时间对愈合的效果不明显。采用气体渗透试验表征了微裂纹的愈合程度，结果表明蒸汽环境中的微裂纹能快速愈合，但随着拉伸变形的增加，自愈合的程度减小，表明拉伸变形越大，微裂纹越多，自愈合产物填充所需时间越长。声发射分析表明：UHPC内部发生损伤时才会产生声发射源，在重新加载阶段，对于已经愈合的微裂纹，在微裂纹的2个界面之间新形成的晶体会再次开裂，此时会检测到声发射源。然而，对于未愈合的微裂纹重新张开时，则不会产生声发射源，直至旧裂纹发展和新裂纹的产生才会产生声发射源。     

自密实超高韧性水泥基材料性能试验研究

研究了具有自密实特性的超高韧性水泥基材料(UHTCC),在实验室制作四组UHTCC试件,并对其工作性能和弯拉性能展开试验研究。对比分析了纤维、粉煤灰掺量(体积)和水胶比对UHTCC坍落扩展度的影响;分析探讨了3种纤维1%,2%,3%共3个体积掺量的对UHTCC在拉伸荷载及弯曲作用下力学性能的影响,得到UHTCC试件应力应变关系、极限应变、延性系数、裂缝宽度、裂缝条数等特性。     

密实型沥青混合料裂缝感应热自愈合性能研究

为给沥青路面电磁感应自修复技术提供参考依据,通过掺加钢丝绒制备了可用于感应加热的密实型沥青混合料小梁,研究其裂缝感应热自愈合性能。对不同类型、不同掺量钢丝绒的混合料试件进行了电磁感应加热试验,研究了感应加热试件的升温速率,并进一步开展了裂缝自愈合能力试验以及混合料的路用性能试验,对混合料进行了综合优化设计。研究结果表明:电磁感应加热是对混合料中的沥青加热而非集料加热,热量由沥青胶结料转移到集料中,加热迅速,能耗低;加热温度不能高于100℃,否则混合料会膨胀松散;钢丝绒越长,掺量越高,密实型钢丝绒沥青混合料试件的电磁感应平均加热速率越高;2~#钢丝绒(6.5mm)掺量为4%的试件在顶面加热至90℃时表现出最佳的愈合率(96.7%),顶面加热至75℃时同样具有理想的愈合率(95.4%),且此温度下能够节约能耗和避免试件松散;2~#钢丝绒(3.5mm)掺量为2%的密实型沥青混合料具有最优良的路用性能;结合混合料路用性能和感应热自愈合能力分析,2~#钢丝绒(3.5mm)掺量为4%的密实型沥青混合料在顶面电磁感应加热到75℃时具有94.6%的理想自愈合率和良好的路用性能,且能耗经济。     

EPS材料在大应变过程的压缩试验研究

为了研究EPS材料的参数特性、力学性能和大应变过程的应力应变关系,采用常规土工试验无侧限压缩仪,对4种不同密度的Φ50mm×100mm圆柱体试件进行了单轴压缩试验,确定了材料对应的力学参数。考虑在大应变40%范围内的压缩过程,在相同应变率下的试验结果表明,EPS材料的压缩强度与压缩模量和密度呈线性正相关关系,应力应变曲线分为弹性变形阶段、塑性变形阶段。在5%应变范围内,应力应变关系接近线弹性变化规律,在达到10%应变时,试件达到强度极限,应力应变关系由弹性变形进入到塑性变形。EPS材料的压缩试验结果对解决高填方涵洞减荷问题提供了一定的理论依据。     

PVA-ECC稳定碎石混合料自愈合性能研究

将制备PVA-ECC的主要原材料(包括水泥、粉煤灰、石英砂及聚乙烯醇纤维)按一定比例掺入普通路面基层材料中,寻求一种新型的具有自愈合能力的路面基层材料—PVA-ECC稳定碎石混合料。对不同路面基层材料、不同龄期试件进行了抗压强度试验,通过不同环境条件下(包括置于户外、标准养护室、干湿循环)养护的开裂试件抗压强度与标准试件抗压强度的比值来评价自愈合性能。试验结果分析表明:PVA-ECC稳定碎石混合料抗压强度优于水泥稳定碎石混合料,抗压强度最高可提高42%;常规水泥稳定碎石混合料没有明显的自愈合性能,PVAECC稳定碎石混合料有良好的自愈合性能,自愈合后抗压强度提高57.3%;经干湿循环实现自愈合的开裂PVAECC稳定碎石混合料试件抗压强度最高,自愈合性能最好。     

缓冲器对钢筋混凝土桥墩撞击性能影响的试验研究

采用落锤冲击实验装置,进行钢筋混凝土桥墩模型在侧向撞击荷载下的动力性能试验,研究在桥墩模型表面设置缓冲器对试件撞击动力响应的影响.比较了不同缓冲器的缓冲效果,分析了影响桥墩模型冲击裂缝扩展和破坏模式的主要因素,研究了冲击能量和试件峰值动力响应及撞击体平均冲击力的关系.试验证明,所设置的缓冲器可以较大程度地减少构件的冲击动力响应,对撞击区受压钢筋峰值压应变可降低74.60%,受压混凝土峰值压应变可降低54.69%,受拉钢筋峰值拉应变可降低63.02%,跨中峰值位移可降低57.73%,抗开裂冲击能增加180%,撞击体的平均冲击力可降低78.59%.研究结果表明,经合理设计的缓冲器具有高效的缓冲作用,可用以提高桥墩的抗撞能力.     

考虑无垫条条件下圆柱体试件劈裂试验的应力、应变分析

劈裂试验通常认为是间接拉伸试验,所以圆柱体试件内部的拉应力分布是分析劈裂试验的重要方面。文中通过建立圆柱体劈裂的有限元模型,研究在劈裂荷载作用时,在无垫条情况下不同位置、不同长径比圆柱体内部的应力应变分布。研究发现,最大拉应力出现在圆柱体端部,随着试件长度的增加而增大,达到一定长度后趋于稳定;而最大拉应变位于试件的中部,同样随试件长度的增加而增大。     

钢混组合梁负弯矩区混凝土面板的应变收缩分析

设计室内模型试验,测试在不同荷载作用下混凝土板的应变,并采用收缩预测模型对混凝土板的平均收缩应变进行理论计算,同时结合有限元仿真手段,研究混凝土面板不同成型阶段产生的收缩应变对拉应力影响。结果表明:混凝土板各断面处的测点应变随着荷载增加呈非线性增长,混凝土试件临界荷载宜为120~140 k N,施加的荷载大于临界荷载时,各测点应变迅速增大,截面3和截面5的应变值和应变增长率最大,在混凝土板的裂缝控制中应予以考虑。试件存放的时间越久,平均收缩应变越大。受未收缩层约束和变形不协调的影响,混凝土板由收缩应变引起的最大拉应力不同,成型8、33,136 d后,混凝土板外层X向最大拉应力分别为2、3,2 MPa。     

基于三点弯曲试验的ATB-25弯拉特性的研究

通过沥青稳定碎石基层ATB-25沥青混合料的三点弯曲试验,研究了温度及加载速率对弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。在较大试验温度范围内,施加两组加载速率对ATB-25沥青混合料小梁试件的弯拉特性进行试验研究。结果表明:高加载速率条件下试件破坏的弯拉强度大于低加载速率下的弯拉强度;温度越高,高低荷载速率之间的弯拉强度差别越大。低荷载速率条件下的弯拉应变约为高荷载速率下的1.5~2.5倍,且在温度低于25℃时,小梁试件的弯拉应变与温度之间有较好的指数变化规律。同时,其弯曲劲度模量与温度之间也呈现良好的指数关系。对比分析了高低荷载速率条件下的指数回归方程参数,表明了低荷载速率条件下的ATB-25沥青混合料表现出较佳的抗裂性能。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知其在常温域(15℃)附近具有最大的弯曲应变能。     

钢纤维特性对UHPC轴拉性能与弯拉性能的影响及对比研究

为定量地研究钢纤维特征参数对超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）受拉性能的影响规律,现对同一纤维体积掺量（2%）下不同纤维长径比（59~100）、不同纤维类型（端钩型与平直型）及无钢纤维的UHPC试件分别开展了轴拉试验与四点弯拉试验。通过选取拉伸全曲线上的初裂点、峰值点及其他几个特征点,定量地分析了UHPC拉伸过程中的轴拉性能与弯拉性能,并对2种拉伸试验下的初裂强度与峰值强度进行了对比与分析,最后利用ABAQUS软件对2种拉伸全曲线进行了有限元倒推分析。研究结果表明：①随着一定范围内的纤维长径比的增加,与轴拉试验相比,UHPC试件的拉伸强度和拉伸韧性在弯拉试验中提升得更明显;②无论是端钩型还是平直型纤维试件,轴拉应变达到3 000×10^-6时的应力均高于7 MPa,且大弯拉变形状态下的强度均仍为弯拉初裂强度的1.17~2.43倍;③有无钢纤维对UHPC轴拉性能与弯拉性能均具有不同程度的裂后增强效果,其中后者优于前者;④在UHPC结构设计中可用考虑尺寸效应修正后的弯拉初裂强度来估算轴拉初裂强度,且扣除纤维取向的影响后,基于ABAQUS有限元软件倒推输入的三折线轴拉本构与实测的轴拉本构基本相符。     

沥青混合料半圆弯曲低温断裂-愈合特性

采用半圆弯曲(SCB)试验评价了不同级配沥青混合料在低温环境中产生宏观开裂后的自愈合性能。在0℃时将带有切缝的AC-13,SMA-13,AC-20混合料半圆试件进行SCB断裂-愈合-断裂试验。根据试验结果计算获得了半圆试件宏观开裂的临界荷载、临界断裂能和J积分断裂韧度,并将愈合后和愈合前的临界荷载比、临界断裂能比和J积分断裂韧度比定义为沥青混合料自愈合指数,用其量化分析沥青混合料的自愈合性能。研究结果表明:采用SCB试验可以评价沥青混合料的宏观开裂自愈合性能,在0℃时发生宏观开裂的沥青混合料在一定环境中能发生自愈合,如在100℃环境中愈合8 h后,愈合指数超过50%;愈合指数随温度和时间的增加而增加,但存在一个有效愈合期,超过该愈合期后,提高温度和延长时间对愈合能力无显著提高,在愈合时间8 h时,有效愈合温度宜为60℃,在愈合温度为60℃时,有效愈合时间宜为8 h;相同条件下,混合料开裂程度越大,愈合能力越低;沥青混合料自愈合性能除了与沥青用量有关,还受混合料级配矿料粒径大小的影响,本研究中沥青混合料愈合能力大小顺序为:AC-13SMA-13AC-20。     

热再生沥青混合料疲劳特性试验研究

为研究热再生沥青混合料的疲劳特性,基于四点弯曲试验分析了旧沥青混合料(RAP)掺量、应变水平、加载频率等因素对热再生沥青混合料疲劳寿命的影响规律,并与APA疲劳试验结果进行了比较验证。结果表明:四点弯曲试验与APA试验结果具有一致性,随着RAP掺量增加,混合料疲劳寿命不断降低,当RAP掺量大于30%时,降低幅度尤为明显;热再生沥青混合料疲劳寿命与施加应变值满足幂函数疲劳方程,RAP掺量越高试件疲劳寿命对荷载水平变化越敏感;试验中提高加载频率,试件的疲劳寿命随之增加,且在低应变水平下,加载频率变化引起试件的疲劳寿命差异更大。     

新旧混凝土组合试件收缩性能的试验研究

为研究新旧混凝土组合结构的约束收缩性能,以构件尺寸和结合面处理方式为试验参数设计制作了9组共27个试件,分别进行了自由收缩和约束收缩变形测试。结果表明:新旧混凝土间的约束作用使组合试件新混凝土自由边处受压、结合面处受拉;与自由收缩试件相比,新旧混凝土组合试件中新混凝土自由边处应变值较自由收缩增大约12%,结合面处降低约48%;试件理论厚度由50mm增大至200mm时,结合面仅凿毛处理组合试件新混凝土自由边处的收缩应变由自由收缩应变的1.05倍增大至1.19倍、结合面处由0.64倍减小至0.48倍,结合面凿毛+植筋试件相应地在自由边处由1.14倍增大至1.22倍、在结合面处由0.53倍减小至0.46倍。     

考虑箍筋效应的PP-ECC梁抗剪试验研究

为了研究钢筋加强工程水泥基复合材料(ECC)梁中的箍筋抗剪加强效应,针对发生剪切破坏的普通钢筋混凝土(RC)构件,考虑箍筋率的影响,分别进行RC与ECC梁的四点加载试验研究。首先开展ECC材料试验,采用直接拉伸的加载方式,对聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)的拉伸力学性能进行试验研究。在材料试验结果的基础上,通过考虑箍筋效应,分别设计5根不同箍筋率的钢筋增强PP-ECC梁和2根普通钢筋混凝土梁试件,对7根梁进行四点加载试验,并在加载过程中对5根PP-ECC梁的斜裂缝进行观测,分析箍筋率对ECC梁斜裂缝开展行为的影响。通过修正桁架模型,分析箍筋率对ECC梁抗剪承载力的影响。试验结果表明:PP-ECC具有拟应变硬化和微裂缝的多缝开裂特征,其屈服拉伸强度和拉伸极限强度分别不小于2,3MPa,极限拉应变大于2.5%;PP-ECC梁有较好的剪切延性,随着箍筋率的增长,PP-ECC梁的抗剪承载力也逐渐加大;在相同箍筋率下PP-ECC梁的抗剪承载力大于RC梁,而无箍筋PP-ECC梁的抗剪承载力2倍于无箍筋RC梁;由于箍筋限制了R/ECC梁斜裂缝的开展,加剧了斜裂缝的剪切滑移,从而削弱了斜裂缝间的纤维桥接作用,导致PP-ECC承担的剪力随着箍筋率的增大而减小;现有规范未考虑斜裂缝的剪切滑移对PP-ECC抗剪承载力的削弱作用,使得计算剪切承载力过大而导致偏危险。     

半刚性基层材料动态模量的衰变规律

应用梁试件的疲劳试验和梁底拉应变的连续测定,对4种半刚性基层材料在疲劳加载过程中的模量衰变规律进行了研究.在总结梁试件底部应变增长规律的基础上,提出应变稳定增加转折点和极限破坏转折点的确定方法.结果表明:半刚性基层材料的模量衰变分为3个阶段,即迅速衰减阶段、稳定降低阶段和快速破坏阶段;第1阶段模量衰变至初始模量值的60%左右,占总疲劳寿命的15%～20%;第2阶段衰变较为缓慢,与作用次数呈线性关系,占总疲劳寿命的60%～75%;第3阶段占总疲劳寿命的10%～20%,模量急剧减小;各种材料的衰变率与所加应力水平的大小有关系,应力水平越大,衰变率越大;不同半刚性基层材料的模量衰变规律差异主要集中在初始模量值不同以及各阶段衰变的幅度不同.     

低坍落度混凝土早龄期单轴直接拉伸试验研究

为了研究钢筋的存在对连续配筋混凝土路面(CRCP)早期开裂的影响,缓解连续配筋混凝土早期开裂的问题,为连续配筋混凝土路面设计提供依据,基于对轴向直接拉伸试验和间接拉伸试验试验难度和效果的区别,以及连续配筋混凝土路面在温缩和干缩作用下受力状态的符合程度,通过轴向直接拉伸模拟连续配筋混凝土路面早期开裂的过程,采用控制变量的试验方法对不同配筋率、不同配筋形式及不同龄期的钢筋混凝土试件在轴向拉力作用下的开裂性能进行试验分析。为探索钢筋和混凝土的应变以及裂缝的产生和发展的规律,基于传统直接拉伸试验,通过优化拉伸试件的形状与尺寸来提高轴向受力的符合程度,使用球铰支座固定试件避免试件偏心受压,利用高精度摄像与图片处理技术提高裂缝的发展过程中观测数据可靠度,采用位移控制模式对试件进行轴向拉伸并记录首次开裂以及裂缝发展过程中钢筋和混凝土应变数据。通过钢筋混凝土开裂过程的动态观测和试验数据分析,研究了在轴向受拉状态下连续配筋混凝土路面结构的力学性能,得出了首次开裂后不同配筋率的连续配筋混凝土的受力特点和引起配筋混凝土早期开裂的极限拉应力、应变的时变规律,并给出了相同配筋率下合理的配筋位置、配筋数量和钢筋的截面尺寸。     

缓冲型防落梁钢圈限位装置力学性能试验

经合理设计的防落梁限位装置可以有效减小地震发生时桥梁上、下部结构间的相对位移，阻止落梁破坏的发生，而明确限位装置力学性能是对其进行合理设计的必要前提。为探明缓冲型防落梁钢圈限位装置的滞回性能和破坏模式，并提出极限位移和极限承载力的计算方法，制作了6个试件进行拟静力试验研究。分析了钢材种类、限位装置截面高度h和直线段长度a等设计参数对其力学性能的影响，试验结果表明：①在初期的加、卸载过程中，试件以弯曲变形为主，刚度及承载力低。由于弧段部位过早出现塑性，卸载后出现永久性变形；试件在反复加载过程中，累计塑性变形增加，后期以拉伸变形为主，刚度大。试件达到最大承载力后，发生颈缩、断裂破坏，最终丧失承载能力。②分析试件圆弧段测得的应变，加载初期内侧受拉，外侧受压；随着位移的增加，弧段外侧达到最大压应变后，试件被拉直，中性轴偏离截面形心；破坏时，试件各部位均出现较大的拉应变。③参数a对试件启动限位功能时机影响较大，对试件初期刚度几乎没有影响；参数h增加时，承载力的增长速率、初期刚度以及最大承载力均增加，但对位移影响较小；改变钢材种类对承载力影响较大，对位移影响较小。在试验研究的基础上，提出了该类限位装置的极限承载力与极限位移计算公式，并验证了计算公式的有效性。     

生物油再生沥青自愈合机理分析

对再生沥青进行流变性能测试、微观结构表征、结构特性分析及宏观性能测试,研究生物油对老化沥青自愈合性能的影响,建立了再生沥青微观结构和宏观性能的构效关系。借助分子动力学软件及Wool-O’Connor自愈合模型计算得到最佳愈合温度时的最短愈合时间。研究结果表明:生物油再生沥青(BRA)的愈合行为包括黏性流动和弹性恢复,在高温(60℃和80℃)环境下,BRA的愈合行为取决于黏性流动,而在低温(20℃和40℃)环境下BRA的愈合行为取决于弹性恢复。在60℃的愈合试验温度、5%的疲劳应变条件下,BRA的最佳愈合时间为30 min,最短完全愈合时间为32 min;试验结果和模型计算结果相近,自愈合模型可较好地分析BRA的完全愈合时间。老化3年、5年、10年的BRA在其最佳愈合温度时的最短愈合时间分别为32,52,78 min,表明生物油可在一定程度上提高旧路面老化沥青的部分自愈合性能。